胎圈钢丝的变化与发展

    胎圈钢丝是制造轮胎的主要原材料之一。1995年全国轮胎总产量为6100万套，其中子午胎为736万套，占轮胎总量的12％；2000年全国轮胎总产量为1．01亿套，其中子午胎为3188万套，占轮胎总量的32％；据预测2005年轮胎总产量将达到1.25亿套，其中子午胎为5400万套，占轮胎总需求量的45％。子午胎在安全、高速、节油以及行驶性能方面极具优越性，是轮胎的发展方向。胎圈钢丝会随着轮胎工业的发展而不断变化与发展。
    1 胎圈钢丝的发展历程
    1985年以前我国轮胎企业以生产斜交胎为主，只生产极少量的子午胎，国内运输业比较规范，严重超
速超载现象很少。轮胎行业对胎圈钢丝的性能要求不高，胎圈钢丝为冷拔钢丝，轮胎行业一般是按照YB254 64标准进行验收，其主要指标如下：钢丝直径为1.00mm；抗拉强度为1765-2200MPa；弯曲次数(r=2．5mm)不小于12次；扭转次数不小于27次。
    20世纪80年代中期，天津第二钢丝绳厂引进日本技术开始生产回火胎圈钢丝，是我国第一条回火胎圈钢丝生产线，并相应制定了YB(T)26-86回火胎圈钢丝标准，虽然仍是Φ1.0mm的规格，但在标准中增加了断裂伸长率、平直度等项指标。回火胎圈钢丝表面清洁，不需酸洗处理，且断裂伸长率高。80年代末期，为解决国内特种轮胎钢丝的质量问题并且减少依赖进口的现状，国内企业对Φ1．0mm胎圈钢丝进行了专题研究和攻关，在对国外产品实测的基础上制定了回火钢丝攻关标准，它的断裂伸长率和粘合力均比现行国标高，其标准如下：直径Φ(1．0±0.02)mm；抗拉强度大于1765MPa；弯曲大于12次；扭转大于25次；断裂伸长率大于4％；平直度(3m)小于0.6m；粘结力大于1300N(标距50mm)；镀铜量0．3-1．5g/kg。同期我国从意大利皮列里公司、英国邓录普公司、美国费尔斯通公司等引进了多条轻卡、轿车和载重子午线轮胎生产线，其胎圈钢丝使用4个品种，全部是锡青铜回火钢丝。其中轿车和轻卡胎使用Φ0.96mm，载重胎分别使用Φ1.42mm、Φ1.55mm和Φ1.65 mm 3种胎圈钢丝。例如Φ0.96mm胎圈钢丝的主要技术要求如下：直径Φ(0．96±0．02)mm；破断拉力大于1 295N；弯曲大于12次；扭转大于25次；断裂伸长率大于4％；平直度(3m)小于0．6m；粘结力大于200N(标距12．5mm)；镀铜量0.3-0.7g/kg；锡的质量分数小于0．5％；Φ1．55mm规格的胎圈钢丝的主要技术要求如下：直径1．55±0．02mm；破断拉力大于3800N；伸长率大于5％；平直度(3m)小于0．6m；镀铜量(0．22±0．10)g／kg；粘结力大于780N（标距50mm）；锡的质量分数小于3％。由于国产胎圈钢丝无论从
技术还是规格品种上都不能满足轮胎行业引进子午胎技术的需求，这一时期轮胎行业用于子午胎生产的胎圈钢丝依靠进口解决。
20世纪90年代前后，国内在自行研制载重子午胎时，已认识到国产胎圈钢丝规格单一，Φ1．00mm的胎圈钢丝已不能满足要求。当时提出并研制的是Φ1.30mm回火胎圈钢丝，特别是当我国引进了多条子午胎生产技术后，对胎圈钢丝品种规格上的认识更加清楚，对打破胎圈钢丝品种单一、研制新品种规格的要求更为强烈。
    2 胎圈钢丝的标准与要求
20世纪90年代初制定GB14450-93标准，该标准中只有Φ0.96mm和Φ1.0mm两种产品规格，而引进子午胎技术需要的Φ1.42mm、Φ1．55mm和Φ1．65mm规格的回火钢丝包含在标准的附录A中，作为推荐性尺寸系列和特性指标。胎圈钢丝因生产工艺不同而分为冷拔钢丝和回火钢丝。由于冷拔钢丝表面不干净，需在制造钢丝圈时进行酸洗处理，酸洗对镀铜层与橡胶的粘合力有影响，且钢丝的断裂伸长率几乎为零，在国外已不再生产该类型产品。GB14450-93中也把冷拔钢丝定为保留产品，不推荐使用。表1给出了GB14450-93和引进子午胎技术对胎丝的指标要求。
                   表1  GB14450-93与引进子午胎技术对胎丝的要求

    从表1中可以看出国标不能满足引进子午胎技术对胎圈钢丝的要求，主要体现在胎圈钢丝的断裂伸长率、镀层、镀铜量、与橡胶的粘结力上。胎圈钢丝的断裂伸长率对子午胎来讲是关键性指标，若不合格则不能使用。伸长率在很大程度上影响钢丝圈的强度，即钢丝伸长率符合要求则使钢丝圈在受力时产生伸长而消除内外层钢丝受力差别，使钢丝圈的每根钢丝都能均匀地分担外力，这时钢丝圈强度与设计计算的强度相符，达到设计要求。镀铜量和橡胶粘结力是重要性指标，在引进子午胎技术原材料国产化过程中轮胎厂家一般采用协议标准的方式请钢丝生产厂家给予研制和生产。
    胎圈钢丝的镀层可以是镀紫铜、青铜和黄铜，但一般选择镀紫铜或青铜，若是镀青铜则耐腐蚀性、耐久性好，但必须严格控制含锡量。锡含量的多少各轮胎公司要求不一样，它与橡胶配方有关。1999年天懋集团公司引进技术在上海建成了一条年产1万t的镀青铜胎圈钢丝生产线，满足国内引进全钢载重子午胎使用镀青铜回火胎圈钢丝的需要。20世纪90年代中期国内建成了多条镀紫铜的回火钢丝生产线，以满足轮胎行业的需求。90年代以来，国外开始生产和使用高强度胎圈钢丝。普通胎圈钢丝抗拉强度一般为1800MPa，而高强度
胎圈钢丝的抗拉强度一般为2200MPa，其它指标上，高强度胎圈钢丝与普通型胎圈钢丝相当。使用高强度胎圈钢丝生产轮胎可减少钢丝的用量，使胎圈的重量降低，减少轮胎的滚动阻力，节省能耗，同时也节省原材料，具有较好的经济和社会效益。
    我国回火胎圈钢丝的生产虽然起步较晚，但发展很快。但是，国产胎圈钢丝无论是内在质量还是外在质量，与国外产品都有一定的差距，主要表现在钢丝平直性不稳定，镀层厚度及颜色不均匀等。胎圈钢丝的平直度决定着钢丝在制做钢丝圈的过程中是否好用，即影响轮胎的生产工艺，若平直度不合格，在生产过程中易造成大量浪费。在橡胶配方一定时，影响粘结力的主要因素是钢丝的镀层及表面清洁程度，镀层厚度控制不严会对钢丝与橡胶的粘合性能有着直接的影响。
   3 胎圈钢丝的新品种
2000年对国外某公司的全钢丝载重子午胎进行了解剖，发现钢丝圈为斜长方形，单根钢丝为扁六角形截面。
这种钢丝圈排布7层，每层6根，排列规则，钢丝与胎圈的底部有较大的接触面，受力较为均匀，利用率高，但加工要求高。钢丝加工较为复杂，整个钢丝圈内钢丝和钢丝之间没有橡胶，靠钢丝的排列组成钢丝圈的形状，而普通钢丝圈在每个钢丝之间是有钢丝夹胶的。从解剖的现象看，在钢丝圈外先包一层胶片，然后用帘布整周缠绕包圈。扁六角形钢丝表面没有镀铜而是镀锌。这可能是由于钢丝间没有夹胶易产生腐蚀，故采用镀锌层保护钢丝，有潮气时锌先腐蚀。扁六角形与圆截面钢丝制作的胎圈相比，具有耐疲劳性好，寿命长的特点。由于胎圈的弹性好、轮胎在安装轮辋的过程是比较容易的。
    4 结语
    随着轮胎技术的不断创新，对胎圈钢丝不断提出新的要求，而胎圈钢丝技术的发展又对轮胎技术的发展起到了推动作用。现阶段应大力发展多品种、多规格的锡青铜回火钢丝，满足轮胎行业的需要，在技术标准制定上要参照国外同行业制造商的技术标准。

(收稿日期：2002-04-23)
作者简介
刘燕生 1962年生，北京首创轮胎有限责任公司高级工程师。
温 科 1972年生，北京首创轮胎有限责任公司工程师。
万淑霞 1970年生，北京首创轮胎有限责任公司工程师。